(57)【要約】  圧縮機（２０、３０）で圧縮された空気が供給される円筒状の燃焼器（４０）と、燃焼器（４０）内に燃料を噴射可能なように燃焼器（４０）に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁（４１）と、燃焼器（４０）内の燃料混合気に点火可能なように設けられた点火栓（４７）と、を備えたガスタービン（１）に適用され、電子制御装置（６０）は、ガスタービン（１）を始動する場合に、点火栓（４７）から遠い位置にある＃６、＃１２の燃料噴射弁（４１）の燃料噴射開始時期が点火栓（４７）に近い位置にある＃１、＃７の燃料噴射弁（４１）の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように各燃料噴射弁（４１）の動作を制御する。
2011089729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮された空気が供給される円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する制御手段を備えているガスタービンの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁が所定の間隔で順次開弁されるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項３】
前記複数の燃料噴射弁のうち前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁の周囲に配置されて前記燃焼器内の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その後前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１又は２に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項４】
各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１又は２に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項５】
前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間である請求項４に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項６】
圧縮機で圧縮された空気が供給される円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作をそれぞれ制御するガスタービンの始動方法。
【請求項７】
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁を所定の間隔で順次開弁させる請求項６に記載のガスタービンの始動方法。
【請求項８】
前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料が噴射されている状態で、前記燃焼器内の温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項６又は７に記載のガスタービンの始動方法。
【請求項９】
各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、
前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項６又は７に記載のガスタービンの始動方法。
【請求項１０】
前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間である請求項９に記載のガスタービンの始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器に複数の燃料噴射弁が設けられたガスタービンの制御装置及び始動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器に複数の燃料噴射弁が周方向に並べて設けられたガスタービンが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平３−６４３５４号公報
【特許文献２】特許第３１３１８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されているような複数の燃料噴射弁を備えたガスタービンにおいては、各燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼器内で燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回転駆動している。このようなガスタービンの始動方法としては、まず全ての燃料噴射弁からそれぞれ燃料を噴射させ、その後点火栓等の点火装置でそれら燃料に点火して燃料の燃焼を開始する方法が知られている。一般に燃焼器には、点火装置が１つ程度しか設けられていない。周知のように点火によって発生した火炎は点火装置の周囲からその外側に拡がるように伝播する。そして、各燃料噴射弁から噴射されている燃料は、その火炎が到達した時点から燃焼を開始する。そのため、点火装置から遠い位置にある燃料噴射弁から噴射されている燃料は、火炎が到達するまで未燃のまま燃焼器から排出される。従って、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が大量に排出されるおそれがある。また、この始動方法では、燃料が未燃のまま排出されるので、燃料が無駄に消費される。そのため、燃費が悪い。【０００５】
そこで、本発明は、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制でき、かつ燃費を改善することが可能なガスタービンの制御装置及び始動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガスタービンの制御装置は、圧縮機で圧縮された空気が供給される円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する制御手段を備えている。【０００７】
本発明の制御装置によれば、点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期を遅くするので、点火手段の周囲で発生した火炎が到達するまでの期間この燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。これにより未燃燃料の発生を抑制できるので、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、このように燃焼に寄与しない無駄な燃料の噴射を抑制することにより、ガスタービンの燃費を改善することができる。【０００８】
本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁が所定の間隔で順次開弁されるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御してもよい。周知のように点火手段の周囲で発生した火炎は、その周囲から外側に拡がるように伝播する。この形態では、点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から最も遠くの燃料噴射弁に向かってそれらの間の燃料噴射弁を順次開弁させるので、各燃料噴射弁は火炎が到達する順番でそれぞれ開弁される。そのため、各燃料噴射弁から噴射された燃料を速やかに燃焼させることができる。従って、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。【０００９】
本発明の制御装置の一形態においては、前記複数の燃料噴射弁のうち前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁の周囲に配置されて前記燃焼器内の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その後前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。燃料が燃焼し始めた場合は、その燃焼で発生した熱により燃焼器内の温度が上昇する。そのため、燃焼器内において燃料が燃焼しているか否か、燃焼器内の温度に基づいて判断することができる。この形態では、温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度になった場合に点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料が噴射される。この場合、判定温度を適切に設定することにより、これらの燃料噴射弁から噴射された燃料を確実に燃焼させることができる。従って、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることをさらに抑制できる。【００１０】
本発明の制御装置の一形態において、各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。点火手段の周囲で発生した火炎が各燃料噴射弁に到達するまでに掛かる時間は点火手段からの距離に応じて決まる。そのため、この形態では、遅延時間を適切に設定することにより、燃料噴射弁に火炎が到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。そのため、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。【００１１】
この形態において、前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間であってもよい。このように各燃料噴射弁の遅延時間を設定することにより、火炎が燃料噴射弁に到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。【００１２】
本発明のガスタービンの始動方法は、圧縮機で圧縮された空気が供給される円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作をそれぞれ制御する。【００１３】
本発明の始動方法によれば、上述した制御装置と同様に、点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期を遅くするので、点火手段の周囲で発生した火炎が到達するまでの期間この燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。そのため、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、ガスタービンの燃費を改善することができる。【００１４】
本発明の始動方法の一形態においては、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁を所定の間隔で順次開弁させてもよい。この場合、各燃料噴射弁は火炎が到達する順番でそれぞれ開弁されるので、各燃料噴射弁から噴射された燃料を速やかに燃焼させることができる。従って、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。【００１５】
本発明の始動方法の一形態においては、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料が噴射されている状態で、前記燃焼器内の温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。この場合、判定温度を適切に設定することにより、点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から噴射された燃料を確実に燃焼させることができる。従って、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることをさらに抑制できる【００１６】
本発明の始動方法の一形態において、各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。この場合、遅延時間を適切に設定することにより、燃料噴射弁に火炎が到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。そのため、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。【００１７】
この形態において、前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間であってもよい。この場合、火炎が燃料噴射弁に到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれたガスタービンの概略を示す図。
【図２】図１のII−II線における燃焼器の断面を示す図。
【図３】図１の電子制御装置が実行する始動制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】第１の形態における各燃料噴射弁の開弁時期の一例を示す図。
【図５】本発明の第２の形態に係る制御装置が組み込まれたガスタービンの燃焼器の断面を示す図。
【図６】図５の電子制御装置が実行する始動制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】第２の形態における各燃料噴射弁の開弁時期の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれたガスタービンの概略を示している。ガスタービン１は、筒状の外側ケース２と、外側ケース２内よりも径が小さい筒状の内側ケース３とを備えている。この図に示したように内側ケース３は外側ケース２の内側に同軸に設けられ、外側ケース２と内側ケース３との間にはバイパス流路４が形成されている。また、ガスタービン１は、ファン１０、低圧圧縮機２０、高圧圧縮機３０、燃焼器４０、高圧タービン５０ａ、及び低圧タービン５０ｂを備えている。これらの中心部分には、軸線Ａｘ回りに回転可能に設けられた低速軸５ａ及び高速軸５ｂが貫通している。ファン１０は内側ケース３の外側に配置され、それ以外は内側ケース３内に配置されている。この図に示したようにガスタービン１には、始動手段としてのスタータ６が設けられている。スタータ６は、公知の電動モータである。スタータ６と高速軸５ｂとは、相互に回転を伝達可能なように動力伝達機構７で接続されている。なお、スタータ６は、ガスタービン１の運転中には高速軸５ｂにて回転駆動され、発電機として機能する。
【００２０】
ファン１０は、複数のファンブレード１１を備えている。これら複数のファンブレード１１は、低速軸５ａの一端に低速軸５ａと一体に回転するように設けられている。低圧圧縮機２０は、高速軸５ｂと一体に回転する複数の動翼（不図示）と、内側ケース３に回転不能に固定された複数の静翼（不図示）とを備えた軸流式圧縮機として構成されている。低圧圧縮機２０の取入れ口はファン１０の下方に設けられ、排出口は高圧圧縮機３０の取入れ口と接続されている。高圧圧縮機３０は、高速軸５ｂと一体に回転する羽根車（不図示）を備えた遠心式圧縮機として構成されている。高圧圧縮機３０の排出口は、燃焼器４０の取入れ口と接続されている。
【００２１】
燃焼器４０は軸線Ａｘを中心としたリング状に形成されている。図２は図１のII−II線における燃焼器４０の断面を示している。この図に示したように燃焼器４０には、その内部４０ａに燃料を噴射可能なように複数（図２では１２個）の燃料噴射弁４１が設けられている。これら燃料噴射弁４１は、周方向に等間隔で配置されている。なお、各燃料噴射弁４１には、＃１〜＃１２の番号を付して互いに区別する。燃料噴射弁４１は、燃焼器４１内に燃料を噴射する開弁状態と、噴射を停止する閉弁状態とに切り替え可能に構成されている。これら複数の燃料噴射弁４１は、共通の燃料供給管４２に接続されている。燃料供給管４２には、内部の圧力に対応する信号を出力する燃料圧力センサ４３が設けられている。燃料供給管４２は、燃料通路４４にて不図示の燃料タンクと接続されている。燃料通路４４には、燃料タンクから燃料供給管４２に燃料を送るための燃料ポンプ４５と、燃料供給管４２に送られる燃料の流量を制御するための流量制御装置４６が設けられている。流量制御装置４６は、不要な燃料を燃料タンクに戻すためのリターン通路４６ａを備えている。
【００２２】
また、燃焼器４０には、燃焼器４０内の燃料混合気に点火可能なように点火手段としての点火栓４７が設けられている。点火栓４７は、＃１の燃料噴射弁４１までの距離と＃７の燃料噴射弁４１までの距離とがほぼ同じになるようにこれら＃１と＃７の燃料噴射弁４１の間に設けられている。燃焼器４０には、燃焼器４０内の温度に対応する信号を出力する第１温度センサ４８及び第２温度センサ４９が設けられている。この図に示したように第１温度センサ４８は、＃１の燃料噴射弁４１と＃２の燃料噴射弁４１との間に設けられている。第２温度センサ４９は、＃７の燃料噴射弁４１と＃８の燃料噴射弁４１との間に設けられている。
【００２３】
図１に戻ってガスタービン１の説明を続ける。燃焼器４０の排出口は、高圧タービン５０ａの取入れ口と接続されている。高圧タービン５０ａは、高速軸５ｂと一体に回転する複数の動翼（不図示）と、内側ケース３に回転不能に固定された複数の静翼（不図示）とを備えた軸流式タービンとして構成されている。高圧タービン５０ａの排出口は低圧タービン５０ｂの取入れ口と接続されており、高圧タービン５０ａから出たガスは低圧タービン５０ｂに送られる。低圧タービン５０ｂは、低速軸５ａと一体に回転する複数の動翼（不図示）と、回転不能に固定された複数の静翼（不図示）とを備えている。低圧タービン５０ｂの排出口は大気に開放されている。なお、これらの部分は公知のガスタービンと同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００２４】
このガスタービン１では、ファン１０によって外側ケース２内に空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、その一部が低圧圧縮機２０に、残りがバイパス流路４にそれぞれ送られる。低圧圧縮機２０に送られた空気は、低圧圧縮機２０及び高圧圧縮機３０でそれぞれ圧縮され、その後燃焼器４０に送られる。燃焼器４０では、この圧縮空気内に燃料を噴射して燃料を燃焼させる。燃焼ガスは、高圧タービン５０ａに送られて高圧タービン５０ａを駆動する。そして、これにより高速軸５ｂが回転駆動されて動力が発生する。高圧タービン５０ａから排出されたガスは、さらに低速タービン５０ｂを駆動する。これにより低速軸５ａが回転駆動されてファン１０が駆動される。
【００２５】
各燃料噴射弁４１、燃料ポンプ４５、点火栓４７、及びスタータ６の動作は、制御手段としての電子制御装置６０にてそれぞれ制御される。電子制御装置６０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成されている。電子制御装置６０は、各種センサからの出力信号に基づいてガスタービン１の運転状態を制御する。電子制御装置６０は、例えば燃料圧力センサ４３の出力信号に基づいて燃料供給管４２内の燃料の圧力が所定の圧力に維持されるように流量制御装置４６の動作を制御する。また、電子制御装置６０は、イグナイタ４７ａを介して点火栓４７の動作を制御する。電子制御装置６０には、例えば高速軸５ｂの回転数に対応する信号を出力する回転数センサ６１（図１参照）等が接続されている。また、電子制御装置６０には、燃料圧力センサ４３、第１温度センサ４８、及び第２温度センサ４９も接続されている。なお、電子制御装置６０には、この他にもガスタービン１の温度に対応する信号を出力する機関温度センサ、大気の温度に対応する信号を出力する大気温センサ、及び大気圧に対応する信号を出力する大気圧センサ等の種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
【００２６】
図３は、電子制御装置６０がガスタービン１を始動するために実行する始動制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、ガスタービン１の停止中に例えば始動スイッチが押される等の所定の始動条件が成立した場合に実行される。この制御ルーチンは、電子制御装置６０が実行する他のルーチンと並行に実行される。
【００２７】
この制御ルーチンにおいて電子制御装置６０は、まずステップＳ１１で初期データを取得する。初期データとしては、例えばガスタービン１の温度、大気の温度、及び大気圧等が取得される。次のステップＳ１２において電子制御装置６０は、始動時のガスタービン１の運転条件を設定する。この運転条件としては、例えば各燃料噴射弁４１の開弁時期、及び燃料供給管４２内の燃料の圧力の目標値等が設定される。電子制御装置６０は、図４に示したマップを参照して各燃料噴射弁４１の開弁時期を設定する。図４は、＃１、＃７の燃料噴射弁４１から噴射された燃料が燃焼器４０内において燃焼し始めた時期（以下、燃焼開始時期と呼ぶことがある。）を基準とした場合の＃２〜＃６及び＃８〜＃１２の燃料噴射弁４１の開弁時期を示している。この図に示したように＃２、＃８の燃料噴射弁４１の開弁時期は、燃焼開始時期から遅延時間Ｔ１遅れた時期が設定される。＃３、＃９の燃料噴射弁４１の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間Ｔ２遅れた時期が、＃４、＃１０の燃料噴射弁４１の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間Ｔ３遅れた時期がそれぞれ設定される。＃５、＃１１の燃料噴射弁４１の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間Ｔ４遅れた時期が、＃６、＃１２の燃料噴射弁４１の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間Ｔ５遅れた時期がそれぞれ設定される。この図に示したように各遅延時間Ｔ１〜Ｔ５は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５の関係になるように設定されている。このように各燃料噴射弁４１の開弁時期は、点火栓４７から遠くなるほど遅くなるように設定される。これらの遅延時間Ｔ１〜Ｔ５は、点火栓４７の周囲で発生した火炎が各燃料噴射弁４１に到達すると予想される時間に基づいて適宜に設定される。この図に示した関係は、例えば予め実験や数値計算等により求めて電子制御装置６０のＲＯＭに記憶させておけばよい。なお、これらの開弁時期は、始動時のガスタービン１の温度、大気の温度、及び大気圧等に基づいて補正してもよい。燃料の圧力の目標値は、所得した初期データ等に基づいて設定する公知の方法で設定すればよい。
【００２８】
次のステップＳ１３において電子制御装置６０は、スタータ６を起動して高速軸５ｂを回転させる。続くステップＳ１４において電子制御装置６０は、高速軸５ｂの回転数Ｎが予め設定した所定の第１回転数Ｎ１より高いか否か判断する。第１回転数Ｎ１としては、例えば燃焼器４０内に噴射された燃料の着火及び燃焼を行うことが可能な回転数が設定される。電子制御装置６０は、高速軸５ｂの回転数Ｎが第１回転数Ｎ１より高くなるまでこの処理を繰り返し実行する。
【００２９】
高速軸５ｂの回転数Ｎが第１回転数Ｎ１より高いと判断した場合はステップＳ１５に進み、電子制御装置６０は点火栓４７から連続的に火花が生じるようにイグナイタ４７ａを制御する。続くステップＳ１６において電子制御装置６０は、＃１、＃７の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁させる。これによりこれら＃１、＃７の燃料噴射弁４１から燃焼器４０内に燃料の噴射が開始される。次のステップＳ１７において電子制御装置６０は、＃１、＃７の燃料噴射弁４１から燃焼器４０内に噴射された燃料が燃焼し始めたか否か判断する。この処理において電子制御装置６０は、第１温度センサ４８及び第２温度センサ４９の少なくともいずれか一方によって検出された温度が予め設定した判定温度以上の場合に燃料が燃焼していると判断する。なお、判定温度には、例えば８００°Ｃ等この温度以上であれば燃料が燃焼していると判断可能な温度が適宜に設定される。電子制御装置６０は、燃料が燃焼し始めたと判断するまでこの処理を繰り返し実行する。
【００３０】
燃料が燃焼し始めたと判断した場合はステップＳ１８に進み、電子制御装置６０は燃焼器４０内において燃料が燃焼し始めてからの経過時間を測定するためのタイマＴをリセットし、その後タイマＴによるカウントを開始する。次のステップＳ１９において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。タイマＴの値が遅延時間Ｔ１以上と判断した場合はステップＳ２０に進み、電子制御装置６０は＃２、＃８の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。
【００３１】
次のステップＳ２１において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ２以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ２以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ２以上と判断した場合はステップＳ２２に進み、電子制御装置６０は＃３、＃９の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。続くステップＳ２３において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ３以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ３以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ３以上と判断した場合はステップＳ２４に進み、電子制御装置６０は＃４、＃１０の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。
【００３２】
次のステップＳ２５において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ４以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ４以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ４以上と判断した場合はステップＳ２６に進み、電子制御装置６０は＃５、＃１１の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。続くステップＳ２７において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ５以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ５以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ５以上と判断した場合はステップＳ２８に進み、電子制御装置６０は＃６、＃１２の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。
【００３３】
次のステップＳ２９において電子制御装置６０は、高速軸５ｂの回転数Ｎが予め設定した所定の第２回転数Ｎ２より高いか否か判断する。この第２回転数Ｎ２には、スタータ６を停止させてもガスタービン１が停止しない回転数、すなわちガスタービン１が自立運転可能な回転数が設定される。電子制御装置６０は、高速軸５ｂの回転数Ｎが第２回転数Ｎ２より高くなるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、高速軸５ｂの回転数Ｎが第２回転数Ｎ２より高いと判断した場合はステップＳ３０に進み、電子制御装置６０はスタータ６を停止させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３４】
この第１の形態では、点火栓４７から遠い＃６、＃１２の燃料噴射弁４１の開弁時期を点火栓４７に近い＃１、＃７の燃料噴射弁４１の開弁時期よりも遅くする。また、図４に示したように各燃料噴射弁４１の開弁時期は、点火栓４７から遠くなるほど遅くなるように設定される。周知のように燃焼の火炎は点火栓４７の周囲で発生し、その後外側に伝播する。そのため、このように点火栓４７から遠い燃料噴射弁４１ほど開弁時期を遅くすることにより、火炎が到達するまでにこれらの燃料噴射弁４１から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。また、＃２〜＃６及び＃８〜＃１２の各燃料噴射弁４１は、火炎が到達していると予想される時期に開弁されるので、これらの燃料噴射弁４１から噴射された燃料を速やかに燃焼させることができる。これにより、未燃燃料の発生を抑制できるので、始動時にガスタービン１から未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、始動時に各燃料噴射弁４１から無駄に燃料が噴射されることを抑制できるので、ガスタービン１の燃費を改善することができる。
【００３５】
この形態では、第１温度センサ４８及び第２温度センサ４９の少なくともいずれか一方によって検出された温度が判定温度以上になってから、すなわち＃１、＃７の燃料噴射弁４１から噴射された燃料の着火が確認されてから＃２〜＃６及び＃８〜＃１２の各燃料噴射弁４１を開弁させる。そのため、これら＃２〜＃６及び＃８〜＃１２の各燃料噴射弁４１から噴射された燃料が未燃のまま排出されることをより確実に抑制できる。
【００３６】
（第２の形態）
図５〜図７を参照して本発明の第２の形態に係る制御装置について説明する。図５は、この形態における燃料器４０の断面を示す図である。なお、この形態においてもガスタービン１の他の部分については図１が参照される。この図５に示したようにこの形態では、第１温度センサ４８及び第２温度センサ４９が省略されている。それ以外は第１の形態と同じである。そのため、第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図６は、この形態において電子制御装置６０が実行する始動制御ルーチンを示している。第１の形態と同様に、この始動制御ルーチンも所定の始動条件が成立した場合に実行される。また、この始動制御ルーチンも電子制御装置６０が実行する他のルーチンと並行に実行される。
【００３７】
図６の制御ルーチンにおいて電子制御装置６０は、まずステップＳ１１で初期データを取得する。次のステップＳ１２において電子制御装置６０は、始動時のガスタービン１の運転条件を設定する。この処理において電子制御装置６０は、図７に示したマップに基づいて各燃料噴射弁４１の開弁時期を設定する。この図７は、＃１、＃７の燃料噴射弁４１の開弁時期を基準とした場合の各燃料噴射弁４１の開弁時期を示している。＃２〜＃６及び＃８〜＃１２の各燃料噴射弁４１の開弁時期には、＃１、＃７の燃料噴射弁４１から噴射された燃料により発生した火炎がこれら各燃料噴射弁４１に到達すると予想される時間が設定される。そのため、＃２、＃８の燃料噴射弁４１の遅延時間Ｔ１１には、＃１、＃７の燃料噴射弁４１の開弁時期からそれらの燃料噴射弁４１から噴射された燃料により発生した火炎が＃２、＃８の燃料噴射弁４１に到達すると予想される時点までの予想時間が設定される。他の遅延時間Ｔ１２〜Ｔ１５においても同様に、＃１、＃７の燃料噴射弁４１の開弁時期から＃３〜＃６、＃９〜＃１２のそれぞれの燃料噴射弁４１に火炎が到達すると予想される時点までの予想時間がそれぞれ設定される。この図に示したように遅延時間Ｔ１１〜Ｔ１５は、Ｔ１１＜Ｔ１２＜Ｔ１３＜Ｔ１４＜Ｔ１５の関係になるように設定される。これら遅延時間Ｔ１１〜Ｔ１５は、予め実験や数値計算等により求めて電子制御装置６０のＲＯＭに記憶させておけばよい。また、この形態においても第１の形態と同様に開弁時期は、始動時のガスタービン１の温度、大気の温度、及び大気圧等に基づいて補正してもよい。
【００３８】
その後、電子制御装置６０は、ステップＳ１３〜Ｓ１６まで図３の制御ルーチンと同様に処理を進める。続くステップＳ１８において電子制御装置６０は、＃１、＃７の燃料噴射弁４１を開弁させてから経過した時間を測定するためのタイマＴをリセットし、その後タイマＴによるカウントを開始する。
【００３９】
次のステップＳ４１において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１１以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１１以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。タイマＴの値が遅延時間Ｔ１１以上と判断した場合はステップＳ２０に進み、電子制御装置６０は＃２、＃８の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。
【００４０】
次のステップＳ４２において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１２以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１２以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１２以上と判断した場合はステップＳ２２に進み、電子制御装置６０は＃３、＃９の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。続くステップＳ４３において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１３以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１３以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１３以上と判断した場合はステップＳ２４に進み、電子制御装置６０は＃４、＃１０の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。
【００４１】
次のステップＳ４４において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１４以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１４以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１４以上と判断した場合はステップＳ２６に進み、電子制御装置６０は＃５、＃１１の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。続くステップＳ４５において電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１５以上か否か判断する。電子制御装置６０は、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１５以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマＴの値が遅延時間Ｔ１５以上と判断した場合はステップＳ２８に進み、電子制御装置６０は＃６、＃１２の燃料噴射弁４１をそれぞれ開弁する。その後、電子制御装置６０はステップＳ２９、Ｓ３０の処理を実行して今回の制御ルーチンを終了する。
【００４２】
この第２の形態においても、各燃料噴射弁４１の開弁時期は点火栓４７から遠くなるほど遅くなるように設定される。そのため、火炎が到達するまでに＃２〜＃６及び＃８〜＃１２の各燃料噴射弁４１から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。従って、始動時にガスタービン１から未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、燃料の無駄な噴射を抑制できるので、ガスタービン１の燃費を改善することができる。さらにこの形態では、燃焼器４０に温度センサを設ける必要がないので、コストを低減できる。
【００４３】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の制御装置が適用されるガスタービンの燃料噴射弁の数は１２個に限定されない。燃焼器の外周に複数の燃料噴射弁が設けられているガスタービンに本発明は適用できる。
【００４４】
また、本発明は、燃焼器に２個以上の点火栓が設けられているガスタービンに適用してもよい。この場合、各燃料噴射弁を開弁させる順番は上述した形態の順番に限定されない。例えば、図２の燃焼器において＃１と＃７の燃料噴射弁の間に加えて＃１と＃２の燃料噴射弁の間にも点火栓が設けられている場合は、まず＃１、＃２、＃７の各燃料噴射弁を開弁し、その後＃３及び＃８の燃料噴射弁、＃４及び＃９の燃料噴射弁、＃５及び＃１０の燃料噴射弁の順に各燃料噴射弁を開弁させてもよい。また、図２の燃焼器において＃１と＃７の燃料噴射弁の間に加えて＃６と＃１２の燃料噴射弁の間にも点火栓が設けられている場合は、まず＃１、＃６、＃７、＃１２の各燃料噴射弁を開弁し、その後＃２、＃５、＃８、＃１１の燃料噴射弁、＃３、＃４、＃９、＃１０の燃料噴射弁の順に各燃料噴射弁を開弁させてもよい。すなわち、本発明においては、点火栓から遠い位置に設けられている燃料噴射弁の開弁時期が点火栓に近い位置に設けられている燃料噴射弁の開弁時期よりも遅くなるように各燃料噴射弁の動作を制御すればよい。これらの場合においても未燃燃料の発生を抑制できるので、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、始動時に無駄に燃料が噴射されることを抑制できるので、ガスタービンの燃費を改善できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月9日(2012.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する制御手段を備えているガスタービンの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁が所定の間隔で順次開弁されるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する請求項１に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項３】
前記複数の燃料噴射弁のうち前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁の周囲に配置されて前記燃焼器内の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その後前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１又は２に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項４】
各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１又は２に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項５】
前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間である請求項４に記載のガスタービンの制御装置。
【請求項６】
圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作をそれぞれ制御するガスタービンの始動方法。
【請求項７】
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁を所定の間隔で順次開弁させる請求項６に記載のガスタービンの始動方法。
【請求項８】
前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料が噴射されている状態で、前記燃焼器内の温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項６又は７に記載のガスタービンの始動方法。
【請求項９】
各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、
前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項６又は７に記載のガスタービンの始動方法。
【請求項１０】
前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間である請求項９に記載のガスタービンの始動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のガスタービンの制御装置は、圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する制御手段を備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のガスタービンの始動方法は、圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作をそれぞれ制御する。
【国際調査報告】
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